MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

Transkriptio

1 1 MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS

2 2 M-tilaisilla yhdellä symbolilla siirtyy k = log 2 M bittiä. Symbolivirhetn. sasketaan ensin ja sitten kuvaussäännöstä riippuvalla muunnoskaavalla bittivirhetodennäköisyys. Kaistanleveys määrää maksim. symbolinopeuden. R B = k R S = log 2 M R S. 4-tilaisia kvadratuurimultipleksoituja menetelmiä ovat QPSK, OQPSK, MSK ja GMSK. Niiden bittivirhetodennäköisyys Gray-koodausta käytettäessä on sama kuin BPSK:lla samalla bittinopeudella, mutta 3 db huonompi samalla symbolinopeudella. MSK voidaan toteuttaa joko vaihekvadratuurisesti tai sarjamuodossa lisäämällä BPSK-modulaattorin lähtöön sopiva konversiosuodatin. Suorituskyky on sama kuin kvadratuurisella MSK-menetelmällä, mutta se on helpompi toteuttaa suurilla datanopeuksilla. M-tilaiseen modulaatioon liittyy signaaliavaruuden käsite. MPSK- ja QAM- modulaatioilla dimensio on 2 ja MFSK:lla se on yleensä M. MFSK-modulaatiota sanotaan ortogonaaliseksi modulaatioksi (voi olla joko koherentti tai epäkoherentti).

3 3

4 4 2D-avaruudenssa (esim. MPSK ja QAM) P S kasvaa kun M kasvaa, koska symbolien eukliidinen etäisyys pienenee, ellei lähetystehoa (symbolien amplitudeja) samalla lisätä. Kaistanleveys säilyy samana. Ovat kaistarajoitettuja järjestelmiä. MFSK:lla suorituskyky puolestaan paranee vakio-e B /N 0 -arvolla M:n kasvaessa kaistanleveyden kustannuksella, koska E S /N 0 -arvo kasvaa pienentäen P S -arvoa. Nämä ovat tehorajoitettuja järjestelmiä.

5 5 MPSK-järjestelmän virhetodennäköisyys (SEP) kasvaa M:n kasvaessa vakio E B /N 0 arvolla, koska symbolien välinen etäisyys pienenee.

6 6 MFSK-järjestelmän virhetodennäköisyys (P S ja P B ) pienenee M:n kasvaessa vakio E B /N 0 arvolla, koska E S /N 0 arvo kasvaa parantaen symbolien ilmaisun luotettavuutta. E B /N 0

7 7 90%:n tehoa vastaava kaistanleveys on karkeasti noin 1/T b Hz QPSK, OQPSK ja MSK-modulaatioille ja 2/T b Hz BPSK-modulaatiolle. Hajaspektritekniikalla (SS) voidaan vaimentaa tehokkaasti häiriön tai tahallisen häirinnän vaikutusta (esim. sotilasjärjestelmät). Mahdollistaa muiden käyttäjien toimimisen samalla kaistalla ja keskitaajuudella (CDMA-periaate). DS-SS kätkee lähetteen taustakohinan alle ja sillä voidaan mitata etäisyys tarkasti (esim. GPS-järjestelmä). DS-SS -järjestelmässä jo datamoduloitu signaali moduloidaan uudelleen informaatiosta riippumattomalla suurinopeuksisella valesatunnaisella hajotuskoodilla. FH-SS -järjestelmässä valesatunnainen koodi ohjaa syntetisaattorin lähetystaajuutta leveällä hyppykaistalla. Hyppely voi olla hidasta (SH-FH, bitin aikana ei hypätä uudelle taajuudelle) tai nopeaa (FH-FH, bitin aikana hypätään monelle taajuudelle). Aikakehysrakenteen vaativa aikahyppytekniikka (TH) on analoginen FH-tekniikalle. Hybriditekniikat: DS-FH, DS-TH, FH-TH, DS-FH-TH.

8 8 Kun käytössä on AWGN-kanava ja ideaalinen synkronointi, DS SS:n virhetodennäköisyys ei eroa hajottamattomasta AWGN-kanavan tapauksesta. Se vaimentaa tehokkaasti vain muita häiriötyyppejä. Ilmaisuvahvistus kuvaa tarvittavan kaistanleveyden ja informaation kaistanleveyden suhdetta. Tyypillisesti ilmaisuvahvistus DS:n tapauksessa se on chippi- ja bittinopeuksien suhde. SS-tekniikka tarvitsee synkroinnit: koodinetsintä ja -seuranta. Solukkoradiojärjestelmiä: NMT (1G, 80-luku), GSM (2G, 90-luku), UMTS/WCDMA (3G, 2000-luku). Eräänlaisia 2,5G -järjestelmiä ovat GPRS ja EDGE (GSM:n evoluutiotekniikat nopeuden lisäämiseksi). 4G (2010-luku) perustuu 3G:n LTE-A evoluutiotekniikoihin. Matkapuhelinsovelluksissa monitie-etenemisestä aiheutuva häipyvä radiokanava on ongelmallinen. Kanavan stokastiset mallit: Rayleigh, Rice, log-normaali (+AWGN). Kanavan tilastolliset ominaisuudet on tunnettava järjestelmäsuunnittelun kannalta, ja ne on tarvittaessa mitattava.

9 9 Huonoihin (häipyviin) monitiekanaviin kannattaa soveltaa epäkoherentteja menetelmiä. Alla (a)-kuvassa epäkoherentin vastaanottimen analyyttinen malli verhokäyrän & suorituskyvyn laskemiseksi. Käytännön toteutus (b)-kuvassa.